El litio es el oro blanco que tiene a todos los países en jaque por controlarlo. Tener litio y manejar su explotación y transporte proporciona hoy en día un poder geopolítico clave. El mercado del litio se divide principalmente entre los países que lideran la extracción y los que concentran las mayores reservas. Estos actualmente son Australia, Chile y China en cuanto a producción, y el ‘Triángulo del Litio‘ (Bolivia, Chile y Argentina) en cuanto a países con más reservas de este preciado metal.
Mientras Europa negocia con Chile y Argentina para asegurar el litio de sus coches eléctricos, y los precios del carbonato de litio siguen siendo una montaña rusa, un equipo de la Universidad Nacional de Singapur acaba de presentar una batería de sodio de estado sólido que resuelve los dos grandes miedos del sector: la seguridad (no arde ni explota) y el coste (reduce la factura a la mitad).
El truco no está en metales raros ni en procesos imposibles, sino en un material tan sencillo como el grafito mezclado con nitrógeno (el mismo que compone el 78% del aire que respiras). Y lo mejor: esta batería ya ha funcionado durante 2.000 horas seguidas sin cortocircuitarse y ha alimentado una luz LED mientras la doblaban y hasta cortaban con tijeras.
El problema: el litio es caro, escaso y peligroso
Como decimos, el litio a día de hoy en el rey. La mayoría de baterías tanto de dispositivos que tengamos en casa, de paneles solares o de nuestros coches eléctricos, que cada vez copan más el mercado, tienen este oro blanco como su principal componente. Si es así y hay reservas, ¿cuál es el problema?.
Siempre se ha buscado una alternativa a este metal ya que es costoso, contaminante en su extracción y poco seguro debido a que es inflamable. Funciona bien, pero tienen tres problemas graves:
- El litio no es tan abundante: está concentrado en unos pocos países (Chile, Argentina, Australia, China). Su precio ha llegado a multiplicarse por diez en dos años.
- El electrolito es líquido e inflamable: es como un aceite especial que conduce electricidad. Si la batería se perfora o se calienta demasiado, ese líquido puede arder. Por eso a veces ves noticias de coches eléctricos en llamas.
- Reciclar litio es complicado y caro.
Son muchos los investigadores que buscan un elemento que pueda sustituir al litio ofreciendo lo mejor del oro blanco, pero eliminando estos problemas. La alternativa natural es el sodio. Está en todas partes: en la sal de mesa, en el agua del mar, en las minas de sal. Cuesta cien veces menos que el litio. Pero tiene una pega histórica: el ion sodio es más grande que el ion litio, cuesta moverse dentro de los materiales, y las baterías de sodio con electrolito líquido también pueden incendiarse.
La solución de Singapur: un electrolito sólido con un aditivo de dos nanómetros
El equipo del profesor asociado Palani Balaya (Universidad Nacional de Singapur) ha dado con una idea tan simple como brillante: convertir el electrolito líquido en una película plástica sólida, y luego añadirle un polvo especial llamado GCN (grafito carbonitruro, para los amigos).
La clave está en ese polvo mágico, el GNC, pero ¿qué es y de dónde sale?. Cogen urea (la misma sustancia que usan los agricultores como fertilizante y que está presente en la orina) y la calientan a 550 °C al aire. Al realizar este proceso, se crean unas láminas de carbono y nitrógeno de solo dos nanómetros de grosor (un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro). Ese polvo se mezcla con el polímero plástico que va a hacer de electrolito sólido.
Ese polímero sólido que consiguen con este proceso es como un bloque de hielo, pero con el GNC se consiguen crear zonas más flexibles por donde los iones de sodio pueden correr libremente. Además, el GCN tiene sitios activos con nitrógeno que «secuestran» la parte negativa de la sal de sodio, liberando más iones de sodio positivos para que viajen.
Igual has entendido poco, pero vamos con un ejemplo cotidiano que nos lo dejará bien claro. Imagina una una autopista llena de coches (los iones) pero con muchos atascos. El GCN añade carriles extra y además convierte más coches en ambulancias que circulan sin obstáculos.
Otro problema solucionado: adiós a las dendritas
Para los que se interesan por el mundo de las baterías la palara dendritas no es una desconocida. Las dendritas son como raíces metálicas microscópicas que crecen en el ánodo (el polo negativo) cuando la batería se carga y descarga. Con el tiempo, esas dendritas atraviesan el electrolito, tocan el otro polo y provocan un cortocircuito. Es decir, son un enemigo.
El electrolito sólido de Singapur también resuelve esto de dos maneras: es más resistente y crea una capa protectora. Resultado práctico: con el electrolito normal, la batería se cortocircuitaba en 250 horas. Con el GCN, aguantó 1.000 horas sin fallar. Cuando subieron la intensidad, resistió más de 2.000 horas. Eso significa que una batería real para un coche podría durar muchos años sin perder seguridad.
Funciona en el mundo real
La clave de los avances que se consiguen en laboratorios siempre es ver si son aplicables y fiables en el mundo real. En este caso, los científicos de Singapur ensamblaron una celda completa y los resultados fueron 500 ciclos de carga y descarga conservando el 95% de la capacidad inicial. (En un coche eléctrico con 300 km de autonomía serían 150.000 km con solo un 5% de degradación).
En cuanto a la eficiencia coulómbica, resultó ser del 99,97%, es decir, de cada 10.000 electrones que entran, solo 3 se pierden. Además, aguanta cargas rápidas de hasta 2C (carga completa en media hora) y recupera el 99% de capacidad al volver a ritmo normal.
Pero la prueba más espectacular fue construir una batería tipo bolsa (como las que llevan los móviles, pero de tamaño pequeño) y conectarla a un LED. La luz se mantuvo encendida mientras doblaban la batería, la desdoblaban… ¡y hasta mientras la cortaban con tijeras! No hubo cortocircuito ni chispas.
Todavía no está lista para un coche eléctrico, pero está cerca. Las previsiones más optimistas hablan de finales de esta década (2028-2030).
